[发明专利]N型金刚石半导体单晶及其生产方法

权利要求书

1.一种N型金刚石半导体单晶，其特征是：在所述N型金刚石半导体晶体内含有规则排列替代碳原子的氮原子、锂原子、铍原子，其中氮-锂原子对、氮-铍原子对和锂-氮-铍原子对的总量在100-10000ppm之间，所述N型金刚石半导体单晶的尺寸为0.3-10mm，晶体形状为完整的正六面体、正八面体或六-八面体。

2.一种N型金刚石半导体单晶，其特征是：所述N型金刚石半导体单晶是通过以下方法生产的：将石墨粉、金属催化剂、氮化锂、氮化铍以0.4-1：0.6-1：0.01-0.05：0.01-0.05的质量比混合，将混合料加压到100-300MPa进行冷等静压处理，保压2-10min后泄压，取出混合料；

将混合料破碎成2-20目的颗粒，将颗粒放入模具中压制成圆柱形合成柱，将所述合成柱放入真空炉中烧结，在1000-1200℃下烧结2-18h；将烧结后的合成柱装入合成块中，再将合成块放入六面顶压机中，在6-8GPa、1100-2000℃的高温高压的定向磁场中处理10-2800min，停热卸压后取出合成柱；

将合成柱破碎，放入电解槽中电解，合成柱中的金属被电解析出在阴极板上，剩余物质为金刚石、未转化的石墨和残留金属组成的泥浆状混合物，泥浆状混合物经摇床分离，得到所述的N型半导体金刚石单晶。

3.根据权利要求2所述N型金刚石半导体单晶，其特征是：所述石墨粉为高纯天然石墨粉，粒度小于200目，石墨化度>95％，非碳杂质含量小于30ppm；所述金属催化剂为铁、镍、锰或钴中的一种或几种的混合，粒度小于200目。

4. 根据权利要求2所述N型金刚石半导体单晶，其特征是：所述金属催化剂为质量比7：3的铁、镍合金或为质量比70：25：5的镍、锰、钴合金。

5.根据权利要求2所述N型金刚石半导体单晶，其特征是：所述真空炉的真空度为0.0001-0.1Pa。

6.根据权利要求2-5任一项所述N型金刚石半导体单晶，其特征是：所述定向磁场是通过在合成块两端导电钢圈芯部加装磁铁实现的，所采用的磁铁等级为N30-N35AH中的一种。

7.一种N型金刚石半导体单晶的生产方法，其特征是：该方法包括以下步骤：将石墨粉、金属催化剂、氮化锂、氮化铍以0.4-1：0.6-1：0.01-0.05：0.01-0.05的质量比混合，将混合料加压到100-300MPa进行冷等静压处理，保压2-10min后泄压，取出混合料；

将混合料破碎成2-20目的颗粒，将颗粒放入模具中压制成圆柱形合成柱，将所述合成柱放入真空炉中烧结，在1000-1200℃下烧结2-18h；将烧结后的合成柱装入设有定向磁场的合成块中，再将合成块放入六面顶压机中，在6-8GPa、1100-2000℃高温高压的定向磁场中处理10-2800min，停热卸压后取出合成柱；

将合成柱破碎，放入电解槽中电解，合成柱中的金属被电解析出在阴极板上，剩余物质为金刚石、未转化的石墨和残留金属组成的泥浆状混合物，泥浆状混合物经摇床分离，得到所述的N型半导体金刚石单晶。

8.根据权利要求7所述的生产方法，其特征是：所述石墨粉是高纯天然石墨粉，粒度小于200目，石墨化度>95％；所述金属催化剂为铁、镍、锰或钴中的一种或几种的混合，粒度小于200目。

9.根据权利要求7所述的生产方法，其特征是：所述真空炉的真空度为0.0001-0.1Pa；所述金属催化剂为质量比7：3的铁、镍合金或为质量比70：25：5的镍、锰、钴合金。

10.根据权利要求7-9任一项所述的生产方法，其特征是：所述定向磁场是通过在合成块两端导电钢圈芯部加装磁铁实现的，所采用的磁铁等级为N30-N35AH中的一种。